${\text{BaF}}_2$는 서로 다른 감쇠 시간을 갖는 두 가지 성분으로 구성된 섬광(신틸레이션) 광을 방출한다. 여기에는 빠르게 감쇠하는 빠른 성분과 오랜 감쇠 시간을 갖는 느린 성분이 포함된다. 빠른 성분은 우수한 타이밍 성능을 제공하지만, 그 기여는 흔히 지배적인 느린 성분에 의해 가려진다. 본 연구는 ${\text{BaF}}_2$ 기반 PET 검출기의 CTR을 개선하기 위해 빠른 성분 판별(fast-component discrimination) 방법을 제안한다. 검출기는 심부자외선(deepultraviolet) 광에 민감한 SiPM에 결합된 ${\text{BaF}}_2$로 구성되었다. 기준 검출기는 SiPM에 결합된 LYSO를 사용하였다. 검출기 신호는 에너지와 타이밍 정보를 추출하기 위해 두 개의 분기(branch)로 분할하고, 고주파 RF 회로를 사용하여 증폭 및 shaping하였으며, 오실로스코프로 디지타이즈하였다. 빠른 섬광 성분의 기여를 조사하기 위해 ${\text{BaF}}_2$ 검출기를 두 가지 반사기 구성(PTFE 시트 및 테플론 테이프)에서 시험하였다. 두 경우 모두 진폭-slew rate 분포를 측정하였고, 펄스 진폭과 slew rate에 기반하여 신호를 선택하되 511 keV 포토피크(photopeak) 내의 사건만 고려하였다. PTFE로 감싼 BaF2 검출기의 경우 CTR은 168 ps로 측정되었다. 분석을 511 keV 포토피크 내 사건으로 제한하면 CTR이 150 ps로 향상되었다. 또한 slew rate 임계값을 400, 500, 및 $600\mathrm{V}/\mu \mathrm{s}$로 추가 적용하면 각각 135, 118, 102 ps의 CTR을 얻었다. 테플론으로 감싼 검출기의 경우 CTR은 106 ps였으며, 사건을 511 keV 포토피크로 제한하면 99 ps로 향상되었다. 추가로 slew rate 임계값을 600, 700, 및 $800\mathrm{V}/\mu \mathrm{s}$로 적용했을 때 CTR은 각각 98, 96, 및 91 ps로 더 개선되었다. 이러한 결과는 빠른 성분이 지배적인 사건을 선택함으로써, 빠른 및 느린 감쇠 성분을 모두 보이는 섬광체(scintillators)에서 CTR을 향상시킬 수 있음을 보여준다. 진행 중인 연구로는 사건 판별 정확도를 추가로 향상시키기 위한 AI 기반 판별 기법의 적용이 포함되며, 20 및 $30\text{mm}{\text{BaF}}_2$에 대한 확장 평가도 수행하고 있다.

본 연구의 목적은 이중 단부 판독(dual-ended readout)을 갖는 시간비행 및 심도상호작용(time-of-flight and depth-of-interaction, TOF-DOI) PET 검출기에서 반사체(reflector), 표면 처리(surface treatment), 섬광결정(scintillation crystals)의 길이가 성능에 미치는 영향을 조사하고, 최적의 반사체 및 표면 처리를 규명하는 데 있다. 서로 다른 반사체 3종(ESR, BaSO4 및 Toray), 서로 다른 측면 표면 처리 3종(전면 연마(all-polished, AP), 전면 거칠게(all-roughened, AR), 부분 거칠게 처리(PR, 세 면은 연마하고 한 면만 거칠게)), 그리고 서로 다른 길이 2종(20 및 15 mm)을 적용한 다양한 종류의 결정 배열(crystal arrays)을 제작하였다. 최고 광 수집 효율(ligh collection efficiency)과 최상의 에너지 분해능(energy resolution)은 산란 반사체(diffuse reflector)를 사용한 결정(AP에는 BaSO4, AR에는 Toray)에서 달성되었다. 반면 최상의 동시성 시간분해능(coincidence timing resolution, CTR)은 사양 반사체(specular reflector)를 사용하는 AR 결정과 ESR에서 달성되었다. 최상의 DOI 분해능은 AR 결정과 BaSO4를 사용하였을 때 달성되었다. 또한 20 mm 길이 결정을 사용해 측정한 결과는 15 mm 길이 결정을 사용했을 때와 유사하였다. 따라서 AR 측면 표면 처리를 하고 ESR 반사체를 사용하는 결정을 적용한 이중 단부 판독 PET 검출기는 우수한 CTR과 충분한 DOI 분해능을 제공하므로, TOF-DOI PET을 위한 적절한 후보라고 결론지었다.